CPP 基礎 關於記憶體分配

2022-10-11 05:12:15 字數 4274 閱讀 1122

1:c中的malloc和c++中的new有什麼區別

(1)new、delete 是操作符,可以過載,只能在c++中使用。

(2)malloc、free是函式,可以覆蓋,c、c++中都可以使用。

(3)new 可以呼叫物件的建構函式,對應的delete呼叫相應的析構函式。

(4)malloc僅僅分配記憶體,free僅僅**記憶體,並不執行構造和析構函式。

(5)new、delete返回的是某種資料型別指標,malloc、free返回的是void指標。

注意:malloc申請的記憶體空間要用free釋放,而new申請的記憶體空間要用delete釋放,不要混用。因為兩者實現的機理不同。

2.簡述c、c++程式編譯的記憶體分配情況

c、c++中記憶體分配方式可以分為三種:

(1)從靜態儲存區域分配:

內存在程式編譯時就已經分配好,這塊內存在程式的整個執行期間都存在。速度快、不容易出錯,因為有系統會善後。例如全域性變數,static變數等。

(2)在棧上分配:

在執行函式時,函式內區域性變數的儲存單元都在棧上建立,函式執行結束時這些儲存單元自動被釋放。棧記憶體分配運算內置於處理器的指令集中,效率很高,但是分配的記憶體容量有限。

(3)從堆上分配:

即動態記憶體分配。程式在執行的時候用malloc或new申請任意大小的記憶體,程式設計師自己負責在何時用free或delete釋放記憶體。動態記憶體的生存期由程式設計師決定,使用非常靈活。如果在堆上分配了空間,就有責任**它,否則執行的程式會出現記憶體洩漏,另外頻繁地分配和釋放不同大小的堆空間將會產生堆內碎塊。

乙個c、c++程式編譯時記憶體分為5大儲存區:堆區、棧區、全域性區、文字常量區、程式**區。

3.簡述strcpy、sprintf與memcpy的區別

(1)操作物件不同,strcpy的兩個操作物件均為字串,sprintf的操作源物件可以是多種資料型別,目的操作物件是字串,memcpy 的兩個物件就是兩個任意可操作的記憶體位址,並不限於何種資料型別。

(2)執行效率不同,memcpy最高,strcpy次之,sprintf的效率最低。

(3)實現功能不同,strcpy主要實現字串變數間的拷貝,sprintf主要實現其他資料型別格式到字串的轉化,memcpy主要是記憶體塊間的拷貝。

說明:strcpy、sprintf與memcpy都可以實現拷貝的功能,但是針對的物件不同,根據實際需求,來選擇合適的函式實現拷貝功能。

4.堆與棧的比較

(1)申請方式

stack(棧):由系統分配,例如宣告在函式中乙個區域性變數 int b;

heap (堆):需要程式設計師自己申請並指明大小,如 malloc和new

(2)申請後系統的響應

棧:只要棧的剩餘空間大於所申請空間,系統將為程式提供記憶體,否則 將報異常提示棧溢位。

堆:首先應該知道作業系統有乙個記錄空閒記憶體位址的鍊錶,當系統收到程式的申請時,會遍歷該鍊錶,尋找第乙個空間大於所 申請空間的堆結點,然後將該結點從空閒結點鍊錶中刪除,    並將該結點的空間分配給程式。

對於大多數系統,會在這塊記憶體空間中的首位址處記錄本次分配的大小,這樣,**中的delete語句才能正確的釋放本記憶體空間。

由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會自動的將多餘的那部分重新放入空閒鍊錶中。

(3)申請大小的限制

棧:在windows下,棧是向低位址擴充套件的資料結構,是一塊連續的記憶體的區域。這句話的意思是棧頂的位址和棧的最大容量是系統預先規定好的, 在 windows下,棧的大小是2m(也有    的說是1m,總之是乙個編譯時就確定的常數),如果申請的空間超過棧的剩餘空間時,將提示overflow。因此,能從棧獲得的空間較小。

堆:堆是向高位址擴充套件的資料結構,是不連續的記憶體區域。這是由於系統是用鍊錶來儲存的空閒記憶體位址的,自然是不連續的,而鍊錶的遍歷方向是由低位址向高位址。堆的大小受限於計    算機系統中有效的虛擬記憶體。由此可見,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。

(4)申請效率的比較

棧由系統自動分配,速度較快。但程式設計師是無法控制的。

堆是由new分配的記憶體,一般速度比較慢,而且容易產生記憶體碎片,不過用起來最方便。

另外,在 windows下,最好的方式是用virtualalloc分配記憶體,他不是在堆,也不是棧,而是直接在程序的位址空間中保留一快記憶體,雖然用起來最不方便。但是速度快,也最靈活。

(5)堆和棧中的儲存內容

棧:在函式呼叫時,第乙個進棧的是主函式中後的下一條指令(函式呼叫語句的 下一條可執行語句)的位址,然後是函式的各個引數,在大多數的c編譯器中,引數是由右往左入棧的,然    後是函式中的區域性變數。注意靜態變數是不入棧的。 當本次函式呼叫結束後,區域性變數先出棧,然後是引數,最後棧頂指標指向最開始存的位址,也就是主函式中的下一條指令,程式由    該點繼續執行。

堆:一般是在堆的頭部用乙個位元組存放堆的大小。堆中的具體內容有程式設計師安排。

(6)訪問效率的比較

char s1 = "a";

char *s2 = "b";

a是在執行時刻賦值的;而b是在編譯時就確定的;但是,在以後的訪問中,在棧上的陣列比指標所指向的字串(例如堆)快。 比如:

1

intmain()

對應的彙編**

10: a = c[1];

00401067 8a 4d f1 mov cl,byte ptr [ebp-0fh]

0040106a 88 4d fc mov byte ptr [ebp-4],cl

11: a = p[1];

0040106d 8b 55 ec mov edx,dword ptr [ebp-14h]

00401070 8a 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]

00401073 88 45 fc mov byte ptr [ebp-4],al

第一種在讀取時直接就把字串中的元素讀到暫存器cl中,而第二種則要先 把指標值讀到edx中,再根據edx讀取字元,顯然慢了。

5.堆和棧的主要區別小結

堆和棧的主要區別由以下幾點:

1、管理方式不同;

2、空間大小不同;

3、能否產生碎片不同;

4、生長方向不同;

5、分配方式不同;

6、分配效率不同;

管理方式:對於棧來講,是由編譯器自動管理,無需我們手工控制;對於堆來 說,釋放工作由程式設計師控制,容易產生memory leak。

空間大小:一般來講在32位系統下,堆記憶體可以達到4g的空間,從這個角度來看 堆記憶體幾乎是沒有什麼限制的。但是對於棧來講,一般都是有一定的空間大小的,例如,在vc6下面,預設的棧空間大小是1m。當然,這個值可以修改。

碎片問題:對於堆來講,頻繁的new/delete勢必會造成記憶體空間的不連續,從而造成大量的碎片,使程式效率降低。對於棧來講,則不會存在這個問 題,因為棧是先進後出的佇列,他們是如此的一一對應,以至於永遠都不可能有乙個記憶體塊從棧中間彈出,在他彈出之前,在他上面的後進的棧內容已經被彈出,詳細的可以參考資料結構。

生長方向:對於堆來講,生長方向是向上的,也就是向著記憶體位址增加的方向;對於棧來講,它的生長方向是向下的,是向著 記憶體位址減小的方向增長。

分配方式:堆都是動態分配的,沒有靜態分配的堆。棧有2種分配方式:靜態分配和動態分配。靜態分配是編譯器完成的, 比如區域性變數的分配。動態分配由malloca函式進行分配,但是棧的動態分配和堆是不同的,他的動態分配是由編譯器進行釋放,無需我們手工實現。

分配效率:棧是機器系統提供的資料結構,計算機會在底層對棧提供支援:分配專門的暫存器存放棧的位址,壓棧出棧都有專門的指令執行,這就決定了棧的效率 比較高。堆則是c/c++函式庫提供的,它的機制是很複雜的,例如為了分配一塊記憶體,庫函式會按照一定的演算法(具體的演算法可以參考資料結構/作業系統)在 堆記憶體中搜尋可用的足夠大小的空間,如果沒有足夠大小的空間(可能是由於記憶體碎片太多),就有可能呼叫系統功能去增加程式資料段的記憶體空間,這樣就有機會 分 到足夠大小的記憶體,然後進行返回。顯然,堆的效率比棧要低得多。

從這裡我們可以看到,堆和棧相比,由於大量new/delete的使用, 容易造成大量的記憶體碎片;由於沒有專門的系統支援,效率很低;由於可能引發使用者態和核心態的切換,記憶體的申請,代價變得更加昂貴。所以棧在程式中是應用最 廣泛的,就算是函式的呼叫也利用棧去完成,函式呼叫過程中的引數,返回位址, ebp和區域性變數都採用棧的方式存放。所以,我們推薦大家盡量用棧,而不是用堆。

雖然棧有如此眾多的好處,但是由於和堆相比不是那麼靈活,有 時候分配大量的記憶體空間,還是用堆好一些。

無論是堆還是棧,都要防止越界現象的發生(除非你是故意使其越界),因為越界的結果要麼是程式崩 潰,要麼是摧毀程式的堆、棧結構,產生以想不到的結果。

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